Оптимизация развития электрических сетей методом динамического программирования.

 

Сущность метода динамического программирования заключается в том, что задача со многими переменными заменяется рядом последовательно решаемых задач с меньшим числом переменных, в пределе – с одной переменной.

В основе метода динамического программирования лежит принцип оптимальности Беллмана. Смысл этого принципа заключается в том, что поэтапное планирование многошагового процесса должно производиться так, чтобы при планировании каждого шага учитывалась не выгода, получаемая на данном шаге, а общая выгода, получаемая по окончании всего процесса.

В качестве критерия оптимизации примем суммарные приведенные затраты за расчетный период Т.

В соответствии с общими принципами метода динамического программирования решение представим, как многошаговый процесс, в котором каждый шаг будет характеризовать переход сети из одного состояния в другое. Границами каждого шага будут этапы (годы) расчетного периода. На каждом этапе электрическая сеть может находиться в нескольких состояниях S.

 

Минимуму затрат будет соответствовать оптимальное состояние сети SТ опт на последнем этапе Т. По нему будет также выявлено оптимальное состояние на этапе Т –1 SТ -1опт, из которого перешли в SТ опт. Двигаясь обратным ходом, по состоянию SТ -1опт можно зафиксировать оптимальное состояние на этапе Т –2 и т.д. вплоть до первого этапа.

Основные принципы системного подхода при оптимизации развития энергосистем.

Подход к развитию любых искусственных систем опирается на ряд основных принципов:

– при решении задачи оптимизации развития системы должны быть предварительно сформулированы достаточно четкие цели;

– в рассматриваемой модели системы должны быть учтены все ее основные свойства;

– должна быть возможность коррекции и дополнения полученных решений при их реализации с учетом новых и ранее неучтенных обстоятельств.

При обосновании решений по развитию больших искусственных систем (в том числе и энергосистем) обычно используют экономико-математические модели.

Для решения задач электроэнергетических систем разработан ряд оптимизационных и оценочных экономико-математических моделей. Оптимизационные модели предназначены для непосредственного определения оптимального плана развития энергосистемы. Оценочные модели предназначены для сопоставления заранее заданных вариантов развития энергосистемы.

Основные пути увеличения пропускной способности электропередачи и электрических сетей, при ее ограничении по допустимому току нагрева проводников, ограничении по условиям устойчивости, ограничении по допустимой потере напряжения.

Пропускная способностью ЛЭП - активная или полная мощность, которая длительно может передаваться с учетом технических ограничений.

К таким ограничениям относятся:

а) предел передаваемой мощности, учитывающий устойчивость параллельной работы электрических станций и узлов нагрузки;

б) допустимый ток по нагреву проводов;

в) допустимая потеря напряжения;

г) пропускная способность концевых и промежуточных устройств (трансформаторов, выключателей, устройств продольной компенсации и т.п.);

д) вынужденные уставки релейной защиты.

Пути повышения пропускной способности электропередачи по допустимому току нагрева I _доп и допустимой потере напряжения Δ U _доп:

1. Повышение номинального напряжения.

2. Увеличение сечения проводов.

3. Применение проводов с развитой поверхностью.

4. Сближение проводов фаз.

4. Применение устройств поперечной компенсации.

5. Применение устройств продольной компенсации.

7. Увеличение числа параллельных линий.

8. Применение глубоких вводов.

9. Сооружение дополнительных питающих подстанций.

10. Применение изолированных проводов воздушных линий.

11. Применение криогенных линий.

12. Учет фактической температуры окружающей среды.

13. Прокладка дополнительных параллельных линий.

Предельно передаваемая мощность по току нагрева:

 

Для одиночной линии связь между допустимой потерей напряжения ∆U_доп и предельной передаваемой активной мощностью Р пр можно представить в виде:

Отсюда                                                
Имея в виду, что                            

получим                                             

 

По фактору статической устойчивости генераторов электростанций пре­дельная передаваемая мощность в системе, состоящей из генераторов, трансфор­маторов и линии электропередачи с соответствующими сопротив­лениями Х_г, Х_т, Х_л, для идеализированной электропередачи (без потерь) опреде­ляется по выражению:

                                                     (1);

где Е - ЭДС генераторов; Uc —напряжение на шинах системы.

Если генераторы удаленной станции и работающие в системе оснащены ре­гуляторами возбуждения сильного действия, позволяющими поддерживать посто­янными заданные напряжения U1 и U2 по концам линии, то предел передаваемой мощности (предел линии) будет равен:

                                                               (2)

Из формулы (2) видны следующие проектные пути увеличения пропу­скной способности системы электропередачи за счет воздействия на ее часть — линию электропередачи:

1. Повышение номинального напряжения линии.

2. Уменьшение индуктивного сопротивления линии. Оно может быть дос­тигнуто за счет применения расщепленных фаз.

3. Применение продольной компенсации реактивного сопротивления линии. В этом случае эквивалентное сопротивление без учета распреде­ленное параметров для линии без потерь будет равно:

4. Применение управляемых источников реактивной мощности (ИРМ) на промежуточных подстанциях. Такими ИРМ могут быть статиче­ские тиристорные компенсаторы, синхронные компенсаторы и др.